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　　1B411020 特殊路基施工技術

　　1B411021 軟土地區路基施工

　　一、 土地基的工程特性

　　淤泥、淤泥質土及天然強度低、壓縮性高、透水性小的一般粘土統稱為軟土。大部分軟土的天然含水量在30%～70%之間，孔隙比1.0～1.9，滲透系數為10-8～10-7 cm/s，壓縮性系數為0.005～0.02，抗剪強度低(快剪粘聚力在lOkPa左右，快剪內摩擦角00～50)，具有觸變性和顯著的流變性。對于高速公路，標準貫擊次數小于4，無側限抗壓強度小于50kPa且含水量大于50%的粘土或標準貫擊次數小于4且含水量大于30%的砂性土統稱為軟土。修建在軟土地區的路基，主要是路堤填筑荷載引起軟基滑動破壞的穩定問題和量大且時間長的沉降問題。

　　二、 土地基處理施工技術

　　軟土地基處理施工具體方法有幾十種，常常多種方法綜合應用。按加固性質，主要有以下幾類：

　　(一)表層處理法

　　1.砂墊層

　　在軟土層頂面鋪砂墊層，主要起淺層水平排水作用，使軟土在路堤自重的壓力作用下，加速沉降發展，縮短固結時間。但對基底應力分布和沉降量的大小無顯著影響。

　　砂墊層用于路堤高度小于2倍極限高度(在天然軟土地基上，基底不作特殊加固處理而用快速施工方法修筑路堤的填筑最大高度)軟土層及其硬殼較薄，或軟土表面滲透性很低的硬殼等情況。亦可用于軟土層稍厚但具有雙面排水條件的地基。有排水砂墊層、換土砂墊層、砂墊層和土工布混合使用等形式。

　　砂墊層施工簡便，不需特殊機具設備，占地較少。但需放慢填筑速度，嚴格控制加荷速率，使地基有充分時間進行排水固結。因此，適用于施工期限不緊迫、砂料來源充足、運距不遠的施工環境。

　　2.反壓護道

　　在路堤兩側填筑一定寬度和高度的護道，以改善路堤荷載方式來增加抗滑力，使路堤下的軟基向兩側隆起的趨勢得到平衡，從而保證路堤的穩定性。

　　反壓護道用于路堤高度不大于1.5～2倍的極限高度，非耕作區和取土不太困難的地區。

　　采用反壓護道加固地基，不需特殊的機具設備和材料，施工簡易方便，但占地多，土用量大，后期沉降大，以后的養護工作量也大。

　　反壓護道應與路堤本身同時填筑，如分開填筑時，必須在路堤達到臨界高度前筑好。它的施工工藝要求與路堤填筑要求基本相同。

　　3.土工聚合物處治

　　(1)土工布

　　土工布鋪設于路堤底部，在路基自重作用下受拉產生抗滑力矩，提高路基穩定性。土工布在軟土地基加固中的作用包括排水、隔離、應力分散和加筋補強。

　　土工布連接一般采用搭接法或縫接法?？p接法有一般縫法、丁縫法和蝶形法。

　　土工布一般分一層或多層鋪設。當鋪設兩層以上時，層與層之間要夾lO～20cm的砂或砂礫墊層，以提高基底透水性。土工布的鋪設需滿足錨固搭接長度要求，注意保持土工布的平整和張拉程度，注意端頭的位置和錨固，以保證土工聚合物的整體性。土工布存放以及鋪設過程中，應盡量避免長時間暴曬，存放過程中避免與污物接觸，以防土工布被污染而失去透水性條件。

　　(2)土工格柵

　　土工格柵加固土的機理在于格柵與土的相互作用。一般可歸納為格柵表面與土的摩擦作用、格柵孔眼對土的鎖定作用和格柵肋的被動抗阻作用。三種作用均能充分約束土的顆粒側向位移，從而大大地增加了土體的自身穩定性，對土的加固效果，明顯高于其他土工織物，可迅速提高地基承載力，加快施工進度，控制軟基地段沉降量發展，縮短工期，使公路及早投入使用。

　　(二)換填法

　　換填法一般適用于地表下0.5～3. Om之間的軟土處治。

　　1.開挖換填法

　　將軟弱地基層全部挖除或部分挖除，用透水性較好的材料(如砂礫、碎石、鋼渣等)進行回填。該方法簡單易行，也便于掌握。對于軟基較淺(1～2m)的泥沼地特別有效。但對于深層軟基處理，要求沉降控制較嚴的路基、橋涵構造物、引道等，應考慮采用其他方法。

　　(1)開挖方式

　　基底開挖深度在2m以內可用推土機、挖掘機或人工直接清除至路基范圍以外堆放或運至取土坑還填;深度超過2m時，要由端部向中央分層挖除，并修筑臨時運輸便道，由汽車運載出坑。

　　軟土在路基坡腳范圍以內全部清除。邊部挖成臺階狀再回填;路基穿過沼澤地只需要

　　清除路基坡角(含護坡道)范圍以內的軟土。護坡道以外，對于小滑塌的軟土，可挖成1：1～1：2的坡度，對于泥沼地區的淤泥質高壓縮性軟土可將護坡道加寬加高至與沼澤地相平或高出。

　　(2)填筑及壓實

　　軟基在開挖時要注意解決滲水或雨水兩個問題，可采用邊挖邊填，也可全部或局部清除后進行全部或局部回填，盡可能換填滲水性材料，并注意及時抽水。

　　換填料應選用水穩性或透水性好的材料。碎石土及粉煤灰等工業廢渣常作為換填材

　　料，如果當地條件許可，可用這些填料回填至原地面或沼澤面?；靥顟謱犹钪?、壓實。壓實時，由于非土方填料分層厚度不宜小，為達到較好的壓實效果，常采用振動壓路機和重型靜力壓路機(三輪壓路機12～15t)o

　　如果路基與兩側沼澤完全隔離，就可按照一般路堤填筑方式進行填筑，分層碾壓時控制好含水量、碾壓遍數、碾壓方式及路堤邊坡、護坡道的密實程度，要做好泥沼與路堤之間的邊溝排水，保證路堤不受水毀，不受凍害。

　　路堤與兩側沼澤不能完全隔離，在清除路基底部軟土后，如滲透性良好的土源缺乏，可在路堤底面用砂石料設置透水性路堤。

　　路堤兩側設立全鋪式(塊石、片石漿砌護坡)護坡或護面墻(擋土墻式護坡)時，砌石應用當地不易風化開山片石，用M5等級砂漿砌筑，墻基應埋人非軟基土中0.50～1.20m左右，砌筑護坡時應夯實坡面，擋墻墻后應填筑開山石塊并夯實。護面墻應在路堤壓實穩定后再開挖砌筑。

　　2.拋石擠淤法

　　在路基底部拋投一定數量片石，將淤泥擠出基底范圍，以提高地基的強度。這種方法施工簡單、迅速、方便，適用于常年積水的洼地，排水困難，泥炭呈流動狀態，厚度較薄，表層無硬殼，片石能沉達底部的泥沼或厚度為3～4m的軟土;在特別軟弱的地面上施工由于機械無法進入，或是表面存在大量積水無法排除時;石料豐富、運距較短的情況。

　　拋投片石的大小，隨泥炭或軟土的稠度而定。拋投順序，應先從路堤中部開始，中部向前突進后再漸次向兩側擴展，以使淤泥向兩旁擠出。當軟土或泥沼底面有較大的橫坡時，拋石應從高的一側向低的一側擴展，并在低的一側多拋填一些。

　　片石露出水面后，宜用重型壓路機反復碾壓，然后在其上面鋪反濾層，再行填土。

　　3.爆破排淤法

　　將炸藥放在軟土或泥沼中爆炸，利用爆炸時的張力作用，把淤泥或泥沼揚棄，然后回填強度較高的滲水性土壤，如砂礫、碎石等。爆破排淤較一般方法換填深度大、工效較高，軟土、泥沼均可采用。

　　爆破排淤法用于當淤泥(泥炭)層較厚，稠度大，路堤較高和施工期緊迫時;路段內沒有橋涵等構造物，路基承載力均衡一致，因整體沉降對道路不會產生破壞，也可考慮換填。但對橋涵構造物及兩側引道等，應考慮采用其他方法。

　　爆破排淤分為兩種，一種方法是先在原地面上填筑低于極限高度的路堤，再在基底下爆破，適用于稠度較大的軟土或泥沼。另一種方法是先爆后填，適用于稠度較小，回淤較慢的軟土。

　　(三)重壓法

　　1.堆載預壓法

　　在軟基上修筑路堤，通過填土堆載預壓，使地基土壓密、沉降、固結，從而提高地基強度，減少路堤建成后的沉降量。進行預壓的荷載超過設計的道路工程荷載，稱為超載預壓;預壓荷載等于道路工程荷載，稱為等載預壓。

　　堆載預壓法對各類軟弱地基均有效;使用材料、機具簡單，施工操作方便。但堆載預壓需要一定的時間，適合工期要求不緊的項目。

　　2.其他重壓法

　　(1)真空預壓法：利用大氣壓強0.098MPa等效堆載預壓法對軟基進行加固。即依靠真空抽氣設備，使密封的軟弱地基產生真空負壓力，使土顆粒間的自由水、空氣沿著縱向排水通道，上升到軟基上部砂墊層內，由砂墊層過濾再排到軟基密封膜以外，從而使土體固結。該法適用于含水量高、孔隙比大、強度低、滲透系數和固結系數均較小的粘土。

　　(2)真空預壓加堆載預壓法：是堆載預壓和真空預壓兩種方法的結合，原理與真空預壓相同，但加載更大，預壓時間縮短了一半。

　　(四)垂直排水固結法

　　利用砂井、袋裝砂井、塑料排水板增加土層豎向排水途徑，縮短排水距離、加速地基固結。

　　1.砂井

　　用振動打樁機、柴油打樁機(沖擊式和振動式)以及下端裝有活瓣鋼樁靴的樁管將砂(含泥量不大于3%)或砂和角礫混合料(含泥量不大于5%)灌人形成砂井。在施工時考慮避免“縮頸”和減少對土的擾動。

　　(1)套管法：將帶有活瓣管尖或套有混凝土端靴的套管沉到預定深度，然后在管內灌砂后，拔出套管，形成砂井。根據沉管工藝的不同，又分為靜壓沉管法、振動沉管法等。

　　(2)水沖成孔法：通過專用噴頭，在水壓力作用下沖孔，成孔后清孔，再向孔內灌砂形成。適用于土質較好且均勻的砂性土。

　　(3)螺旋鉆成孔法：以動力螺旋鉆鉆孔，提鉆后灌砂成砂柱。適用于陸上工程，砂井長度lOm以內，且土質較好，不會出現縮頸、塌孔現象的軟弱地基。優點是設備簡單機動，成孔規則。缺點是灌砂質量較難掌握，不太適用于很軟弱的地基。

　　2.袋裝砂井

　　主要用導管式振動打樁機(在行進方式上普遍采用的有軌道門架式、履帶臂架式、吊機導架式等)，選用聚丙烯或其他適用的編織料制成的袋，采用滲水率較高的中、粗砂(大于0.5mm的砂的含量宜占總重的50%以下，含泥量不應大于3%，滲透系數不應小于5×lO-3cm/s)制成砂袋。袋裝砂井按整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機具定位→打人套管→沉人砂袋→拔出套管→機具移位→埋砂袋頭→攤鋪上層砂墊層的施工工藝流程進行。

　　3.塑料排水板

　　用插板機或與袋裝砂井打設機共用(將圓形套管換成矩形套管)打設。按整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→拔出套管→割斷塑料排水板→機具移位→攤鋪上層砂墊層的施工工藝程序進行。振動打設工藝、錘擊振力大小，根據每次打設根數、導管斷面大小、人土長度和地基均勻程度確定。

　　(五)其他軟基處理施工技術

　　1.旋噴樁

　　根據固化劑噴人的形態(漿液或粉體)，采用不同的施工機械組合。用水泥、生石灰、粉煤灰等作為加固料。其中粉噴樁的施工要點如下：

　　(1)施工準備。

　　(2)施工機具和材料。

　　施工主要機具包括：噴粉樁機及配套貯灰罐及噴粉系統、空氣壓縮機、75kW以上的發電機等，噴粉樁機由液壓步履式底架和導向加減壓機構、鉆機傳動系統、鉆具、液壓系統、噴粉系統、電氣系統等部分組成。

　　(3)施工工藝流程及質量檢測操作步驟如圖1B411021所示。

　　(4)施工中注意事項

　　? 蓊灰泵的輸灰量、粉灰經輸灰管到達攪拌機噴灰口的時間以及預攪下沉速度、噴粉攪拌提升速度、重復攪拌下沉、重復攪拌提升速度等施工參數，應在施工前做好標定，施工工藝應經工藝試樁后確定。

　　?施工所用的固化材料通過室內試驗滿足要求后方能使用。施工時泵送必須連續，固化材料的用量以及泵送固化材料的時間應有專人記錄。固化材料用量的誤差不得大于±1%。

　　?為保證攪拌樁的垂直度，應注意起吊設備的地面平整度和導向架對地面的垂直度，

　　垂直度誤差不超過1.5。

　　?噴粉樁機必須配置粉料計量裝置，嚴禁無計量裝置的噴粉樁機投入使用，并記錄水泥的瞬時噴人量和累計噴人量。儲灰罐容量應不小于一根樁的用灰量加50kg，當上述重量不足時，不得開始下一根樁的施工，鉆頭直徑磨損量不得大于lcm。

　　?預攪時應將軟土完全切碎，以利于同固化材料均勻攪拌，保證施工質量。

　　?施工中，發現噴粉量不足時應整樁復打，復打的噴粉量仍應不小于設計用量。遇有故障而停止噴粉時，第二次噴粉接樁時，其噴粉重疊長度不得小于lm。

　　2.粒料樁

　　主要用振沖器、吊機或施工專用平車和水泵，將砂、碎石、砂礫、廢渣等粒料(粒徑宜為20～50mm，含泥量不應大于10%)加入振密。按整平地面→振沖器就位對中→成孔→清孔→加料振密→關機停水→振沖器移位的施工工藝程序進行。

　　選擇振沖器型號應與樁徑、樁長及加固工程離周圍建筑物距離相適應。應配備適用的供水設備，出口水壓應為400～600kPa，流量20～30m2/h.起重機械起吊能力應大于100～200kN。現以振沖碎石樁為例：

　　(1)振沖器對準樁位，打開水源和電源，檢查水壓、電壓和振沖器的空載電流是否正常。

　　(2)啟動吊機，使振沖器以l～2m/min的速度在土層中徐徐下沉，當振沖器到達設計加固深度以上30～50cm時可把振沖器往上提至孔口，提升速度可增至5～6m/min，以清除孔壁泥塊，防止“縮頸”。

　　(3)重復上述步驟(1)～(2)。然后將振沖器停留在設計加固深度以上30～50cm處，

　　借循環水使孔內泥漿變稀，即清孔。清孔l～2min以后將振沖器提出孔口，準備加填料。

　　(4)填料：往孔內倒人填料，將振沖器下放至填料中，進行振實，振沖器一方面將填料振密，另一方面使填料擠入孔壁的土中，從而使樁徑擴大。隨著填料的不斷擠入，孔壁上的約束力逐漸增大，當約束力與振沖器產生的振力相等，樁徑不再擴大時，繼續振密，振沖器電機的電流值迅速增大，當電流達到規定值時，認為該深度的樁體已經振密。如果電流達不到規定值，則需提出振沖器繼續往孔內倒一批填料，然后再下降振沖器繼續進行振密。如此重復操作，直至該深度的電流達到規定值為止。

　　(5)成樁：重復上一步驟，自下而上制作樁體，直至孔口。

　　(6)表層清理：加固區碎石樁全部完成后，應進行表層清理。將樁頂部約lm范圍內的樁體挖去，或者用振動碾使之壓實，若采用挖除的辦法，對施工前的地面高程和樁頂高程要事先測量放樣。

　　3.生石灰樁

　　主要用振沖器、吊機或施工專用步履式、門架式振動沉樁設備。配備適用的空壓機，起重機械起吊能力應大于100～200kN。使用材料為生石灰(顆粒直徑不超過30mm要求填充材料要密實)。按整平地面→振沖器就位對中→成孔→空氣壓縮機注入生石灰→邊振動邊拔出套管→振沖器移位→封緊生石灰樁孔的施工工藝程序進行。

　　選擇振沖器型號應與樁徑、樁長及加固工程離周圍建筑物距離相適應。

　　【案例1111411021】

　　1.背景

　　某高速公路M合同段，路面采用瀝青混凝土，路線長19.2km。該路地處平原地區，路基橫斷面以填方3～6m高的路堤為主，借方量大，借方的含石量40%～600A。地表層以粘土為主，其中K7+200～K9+800段，地表層土厚7～8m，土的天然含水量為40%～52%，地表無常年積水，孔隙比為1.2-~1.32，屬典型的軟土地基。結合實際情況，經過設計、監理、施工三方論證，決定采用砂井進行軟基處理，其施工工藝包括加料壓密、樁管沉人、機具定位、拔管、整平原地面等。完工后，經實踐證明效果良好。

　　2.問題

　　(1)本項目若采用拋石擠淤的方法處理軟基，是否合理?請說明理由。

　　(2)根據背景資料所述，按施工的先后順序列出砂井的施工工藝。

　　3.分析與答案

　　(1)不合理。原因有：軟基深度較深、面積大(工程經濟性較差)。地表無常年積水、土質呈軟塑～可塑狀態(施工速度慢)。

　　(2)砂井施工工藝的先后順序為：整平原地面→機具定位→樁管沉人→加料壓實→拔管。